3.5温度检测及仪表

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.5,温度检测及仪表,温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。,所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；,温度决定一些反应能否进行和反应方向；,温度决定一些反应的进程程度；,温度显示反应的能量变化。,一、测温原理,温度不能直接测量,。,温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其,物理性质随温度变化而进行,的。,热交换,热辐射, 3.5.1,概述,二、温标,1,、,温度的数值表示方法称为温标,。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。,2,、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。,几种温标的对比,正常体温为,37,C,，,相当于华氏温度多少度？,热力学温标（,K,）,热力学温标是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文（,Kelvin,）,根据热力学定律提出来的，因此又称开氏温标。它的符号是,T,，,单位是开尔文（,K,）,。,威廉,汤姆逊,开尔文勋爵像,1990,国际温标,(,ITS-90,),从,1990,年,1,月,1,日开始在全世界范围内采用,1990,年国际温标，简称,ITS-90,。,它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为,273.16K,（,0.01,C,）,等。,600,C,以上,-,高温计,600,C,以下,-,温度计,接触式、非接触式,三、温度测量仪表的种类,四、温度测量的基本原理及方法,1,、物体受热，体积膨胀,V-T,2,、压力随温度变化,P-T,3,、金属导体电阻随温度变化,R-T,4,、热电效应原理,E-T,5,、热辐射原理,常用温度计的种类及适用温度,1,、膨胀式温度计,玻璃液体温度计,利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度,双金属温度计,不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度,t = t,0,t,t,0,双金属温度计,图,3-51,双金属温度信号器,1,双金属片；,2,调节螺钉；,3,绝缘子；,4,信号灯,2,、压力式温度计,利用液体的蒸发或气体的膨胀而引起的压力变化进行测量。,温包,：传热、容纳膨胀介质；,毛细管,：传递压力；,弹簧管,：显示压力（温度）,。,3,、辐射式温度计,通过特定波长,光波的强度,或,热辐射强度,来确定光源温度。,辐射式温度计,：测定热辐射强度；,光学温度计,：采用光学分频法，测定不同频率光波的强度比值；,比色法,：直接通过可见光颜色的对比，确定光源温度。,辐射式温度计，通常用于测量高温条件，特别是光学温度计和比色温度计需要利用物体在高温下发射的可见光进行检测。,1.,红外线辐射温度计,红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，市售的红外辐射温度计的温度范围可以从,-30,3000,，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。,一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布,与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度。,红外辐射,温度计,测温依据,红外系统： 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。,光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。,红外线辐射温度计外形,激光仅用于瞄准,红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用,耳温仪,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用,集成,IC,温度测量,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用,利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）,温度 采集系统,光学高温计,隐丝式光学高温计 测量方法：调节电阻,R,以改变灯丝亮度,当它与待测光源像的亮度相等时，灯丝在光源的像上消失,这时由电表,G,上读出物体的亮度温度；或用补偿法由电位差计测量电流的精确值，再通过计算求出亮度温度，后一方法适用于精密测量温度。,WFT-202,辐射温度计,根据物体的热辐射效应原理来测量物体表面温度。,测量范围,4002000,CIT,比色在线式红外测温仪,测温范围,-20,3500,比色式温度传感器,比色式温度传感器采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率,。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准,测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。,比色温度计,适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如,:,烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。,非接触式光纤传感测温仪,热电偶测温的主要优点,1,、它属于,自发电型,传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；,2,、测温范围广：下限可达,-270,C,，,上限可达,1800,C,以上；,3,、各温区中的热电势均符合,国际计量委员会,的标准。, 3.5.2,热电偶温度计,热电偶温度计分三部分,热电偶,补偿导线,测温仪表,热电效应,1821,年，德国物理学家,赛贝克,用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点,),，发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么,?),，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？） 。,指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。,热电偶工作原理演示,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热,电极,A,右端称为：,自由端,(,参考端、冷端）,一、热电偶,（,1,）,.,热电现象及测温原理,左端称为：,测量端,(,工作端、热端,),热,电极,B,热电势,A,B,热电势的产生,不同金属具有不同的电子密度；,两种金属接触面因为电子的扩散作用而产生电场；,电子在扩散作用和电场力作用下最终达到平衡；,电子的扩散与温度相关，温度越高，扩散作用越强。,+,+,-,-,扩散作用,电场作用,金属,A,金属,B,+,-,金属,A,金属,B,接触电势,e,AB,e,AB,(t,) t,对于一定材料,(1).,热电现象及测温原理,A,B,e,AB,(t,),e,AB,(t,0,),e,A,(t,t,0,),e,B,(,t,t,0,),图,5-7,热电偶原理,(1).,热电现象及测温原理,A B,e,AB,(t,0,),e,AB,(t,),e,A,(t,t,0,),e,B,(t,t,0,),闭合回路中所产生的热电势由,接触电势,和,温差电势,两部分组成,：,由于温差电势比接触电势小很多，常常把它忽略不计，这样热电偶的电势可表示为：,注意,：如果下标次序改为,e,BA,，,则热电势,e,前面的符号也应相应改变，即,式,(i),当冷端温度,t,0,一定时，对于确定的热电偶来说，,e,AB,(t,0,),为常数，因此，其总热电势,E,AB,(t,t,0,),就与温度,t,成单值函数对应关系，和热电偶的长短、直径无关。只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的高低，这就是热电偶的温度测量原理。,=,e,AB,(t,)+ e,BA,(t,0,),(1).,热电现象及测温原理,重要结论：,1.,如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零；,2.,如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零,3.,热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由,不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的,。,热电偶,AB,在接点温度为,t,、,t,0,时的热电势,E,AB,(t,t,0,),等于热电偶,AB,在接点温度为,t,、,t,c,和,t,c,、,t,0,的热电势,E,AB,(t,t,c,),和,E,AB,(t,c,t,0,),的代数和,E,AB,(T,T,0,)= E,AB,(T,T,C,)+ E,AB,(T,C,T,0,),热电偶的,“,中间温度定律,”,(2).,插入第三种导线的问题,利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。,总的热电势,（,5-4,）,（,5-5,）,（,5-6,）,将式（,5-5,）,5,代入式（,5-4,）,t,A,B,C,t,0,t,0,当,t,t,0,时，有,热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两端温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热电势相同,；,同理，,如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。,热电偶的材质要求,：,单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系；,热电性质稳定；,化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀；,具有较好的延展性，易于加工成丝；,复现性好，便于批量生产和互换。,不同材质的热电偶有不同的特性，应根据实际需要选择,测量范围、放大系数（以分度值表示）、测量精度、抗腐蚀能力、价格等。,(3).,热电偶的种类,八种,国际标准化热电偶：,B:,铂铑,30,铂铑,6,、,R:,铂铑,13,铂 、,S,:,铂铑,10,铂 、,K:,镍铬,镍硅 、,N:,镍铬硅,镍硅 、,E:,镍铬,铜镍、,J:,铁,铜镍 、,T:,铜,铜镍,用于制造,铂,热电偶的各种,铂,热电偶丝,几种常用热电偶的测温范围及热电势,分度号,名称,测量温度范围,1000,C,热电势,/ mV,B,铂铑,30,铂铑,6,50,1800,C,4.834,R,铂铑,13,铂,-40,1600,C,10.506,S,铂铑,10,铂,-40,1600,C,9.587,K,镍铬镍硅,(,铝,),-270,1300,C,41.276,E,镍铬铜镍,(,康 铜,),270,800,C,76.373,5,种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？,几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析,哪几种热电偶的测温上限较高？,结论：,哪几种热电偶的线性较差,？,哪一种热电偶的灵敏度高？,哪一种热电偶的灵敏度较低,？,为什么所有的曲线均过原点（零度点）？,热电偶的分度表,热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法,我国从,1991,年开始采用国际计量委员会规定的,“,1990,年国际温标,”,（简称,ITS-90,）,的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路与之对应。,直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：,自由端（冷端）温度必须为,C,。,分度表：,当,t,0,=0,时，,与温度,t,对应的数值表。（,非线性,）,分度号：,与分度表所对应的热电偶的代号。,(4).,热电偶的结构,热电极,工作部分,绝缘子,防止电极与电极、套管短路,保护套管,保护,接线盒,常用热电偶类型：,普通型热电偶,铠装,型,热电偶,多点式热,电,偶,防爆型热,电,偶,表面型热,电,偶,普通装配型,热电偶的外形,安装螺纹,安装法兰,普通装配型,热电偶的结构放大图,接线盒,引出线套管,固定螺纹,（出厂时用塑料包裹）,热电偶工作端（热端）,不锈钢,保护管,铠装型热电偶外形,法兰,铠装型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,B,A,绝缘 材料,铠装型热电偶横截面,铠装型热电偶的三种结构,铠装型热电偶,铠装热电偶的制造工艺：,把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，,制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。,铠装热电偶特点：,内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。,热响应时间少，减小动态误差；,可弯曲安装使用,解决微小、狭窄场合的测温问题,.,测量范围大；,机械强度高，耐压性能好；,多点热电偶,适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。,图,3.4,多点热电偶,隔爆,型热电偶外形,厚壁,保护管,压铸的接线盒,电缆线,隔爆,型热电偶,结构特点,：,隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过,压铸,而成的，有一定的厚度、隔爆空间，,机构强度,较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。,使用场合：,工业用的隔爆型热电偶多用于,化学工业,自控系统中（,由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。,其他,热电偶外形,小形,K,型热电偶,二,.,补偿导线与冷端补偿器,补偿导线,用廉价材料将冷端延伸到温度相对稳定的控制室内；,冷端温度补偿,冷端温度补偿的五种方法,+,-,补偿导线,测量电路,热电偶,1.,补偿导线,解决参比端温度的恒定问题。,在,0,100,C,范围内与所接热电偶有相同的热电特性,的廉价金属制成,其作用是将热电偶的冷端延伸到温度恒定的操作室,.,图,3.7,补偿导线连接图,可,延长热电偶的冷端,，可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。,型号,配用热电偶,正,-,负,补偿,导线外皮颜色,正,-,负,SC,铂铑,10,-,铂,红,-,绿,KC,镍铬,-,镍硅,红,-,蓝,WC,5/26,钨铼,5,-,钨铼,26,红,-,橙,补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用；,补偿导线的材质不同，接线时应特别注意不能接错。,补偿导线型号（续）,型号,配用热电偶,正,-,负,型号,导线外皮颜色,正,-,负,100,C,时的,热电势,/ mV,RC,R,（,铂铑,13,铂）,RC,红,-,绿,0.647,NC,N,（,镍铬硅,镍硅,）,NC,红,-,黄,2.744,EX,E,（,镍铬,铜镍,）,EX,红,-,棕,6.319,JX,J,（,铁,铜镍,）,JX,红,-,紫,5.264,TX,T,（,铜,铜镍,）,TX,红,-,白,4.279,补偿导线外形,A,B,屏蔽层,保护层,2.,热电偶的冷端温度补偿,必要性,：,1,、用热电偶的分度表查毫伏数,-,温度时，,必须满足,t,0,=0,C,的条件,。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样,t,0,不仅,不是,0,C,，,而且也不恒定， 因此,将产生误差,。,2,、 一般情况下，冷端温度均高于,0,C,，,热电势总是偏小,。应想办法,消除或补偿,热电偶的,冷端损失,。,3.,冷端温度补偿的方法,(1),、,冷端恒温法,：,将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在,0,C,不变。此法也称,冰浴法,，它消除了,t,0,不等于,0,C,而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于,实验室,中。,冰浴法接线图,1,被测流体管道,2,热电偶,3,接线盒,4,补偿导线,5,铜质导线,6,毫伏表,7,冰瓶,8,冰水混合物,9,试管,10,新的冷端,(2),、计算修正法,当热电偶的冷端温度,t,0,0,C,时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势,E,AB,（,t,，,t,0,）,与冷端为,0,C,时所测得的热电,势,E,AB,（,t,，,0,C,）,不等。,E,AB,（,t,，,t,0,）,=,E,AB,（,t,，,0,C,）,若冷端温度高于,0,C,，则,E,AB,（,t,，,t,0,）,t,0,，,热电偶输出的热电势减小，但电桥中,R,Cu,随温度的上升而增大，于是电桥两端会产生一个不平衡电压,U,ab,(t,0,),此时回路中输出的热电势为,:,经过设计，可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化，即,于是实现了冷端温度的自动补偿。,实际的补偿电桥一般是按,t,0,20,设计的，即,t,0,20,时，补偿电桥平衡无电压输出。,如用一台显示仪表显示多点温度时,可按下图 连接,这样可节约显示仪表和补偿导线。 ,法,(5),补偿热电偶法,三、热电偶的配套仪表,我国生产的热电偶均符合,ITS-90,国际温标所规定的标准，国家又规定了与标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。,国家标准的,动圈式显示仪表命名为,XC,系列,。,有指示型（,XCZ,）,和指示调节型（,XCT,）,等系列品种。数字式仪表也有,指示型（,XMZ,）,和指示调节型,（,XMT,）,等几种系列品种。,XC,系列,动圈式仪表（,指针式显示仪表）,测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。,动圈式仪表与热电偶配套测温时，热电偶、连接导线、补偿导线、调整电阻和显示仪表组成了一个闭合回路。,1,热电偶,2,补偿导线,3,冷端补偿器,4,外接调整电阻,5,铜导线,6,动圈,7,张丝,8,磁钢（极靴）,9,指针,10,刻度面板,1,、,XCZ-101,型动圈式仪表,动圈式仪表的工作原理,磁电式毫伏计,组成：磁钢、动圈、,指针、张丝、标尺,通电线圈在磁场里会,产生扭矩，指针偏转,(1),外接电阻,与热电偶配套使用的接线图,规定,R,外,=15,（,2,）动圈温度补偿,动圈内铜导线的电阻随温度改变,热敏电阻：温度，电阻值,指数变化,T,，,R,动，（,Rt,、,R,并） ,R,串,2,、电位差计,（,1,）手动电位差计,平衡法 （用于热电偶）,原理：,便携式手动电位差计,（,2,）自动电子电位差计,原理：,不平衡时，有电压差，,经电子放大，驱动可逆,电机转动，使变阻器触,点改变位置，使压差减,少，直到压差为零。,图,6-3 XW,系列电位差计测量桥路原理图,3,.,自动电子电位差计的测量桥路,桥路中各电阻的作用,(,1),滑线电阻,R,P,与工艺电阻,R,B,改变滑动触点在,R,P,上的位置,可以产生不同的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。,(,2),始端,(,下限,),电阻,R,G,R,G,的大小取决于测量下限的高低。,Rc,为,RP,、,RM,、,RB,并联的等效电阻（从,C,端看）,(5),冷端温度补偿电阻,R,2,降低测量误差，不同的热电偶配不同阻值的补偿电阻。,(4),上支路限流电阻,R,4,把上支路的工作电流限定在,4mA,。,（,6-1,）,(6),下支路限流电阻,R,3,它与,R,2,配合，保证了下支路回路的工作电流为,2mA,。,（,6-2,）,2.,自动电子电位差计的测量桥路,(3),量程电阻,R,M,R,M,是决定仪表量程大小的电阻。它的大小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。,举例,例,6-1,用镍铬,-,镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温,温度的测量范围在,400,900,。图,6-4,是电位差计测量桥路。已知,E,=1V,；,I,1,=4mA,；,I,2,=2mA,；,R,2,= 5.33,；,RPRB=90,。试根据测温要求确定桥路中的其他电阻值。,图,6-4,电位差计测量桥路,解：,根据镍铬,-,镍硅热电偶分度表查得,400,900,对应的热电势为,16.395,37.325,mV,。,例题分析,假定由于,R,2,的存在,实现了冷端温度的全补偿,故冷端温度的变化对热电势的影响可以不予考虑。当温度在测量下限,400,时,滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据,得,根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端移至最右端,电压差应为,因此,R,P,、,R,B,、,R,M,并联后的等效电阻,R,nP,应为,已知,RPRB= 90,可求得,R,M,5. 55,。,根据式,(6-2),可得,例题分析,3.5.3,热电阻温度计,利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。,概述,热电阻分为,金属热电阻和半导体热电阻,两大类,一般把,金属热电阻,称为,热电阻,而把,半导体热电阻,称为,热敏电阻,。,热电阻温度计分三部分,热电阻,显示仪表,连接导线,取一只,100W/220V,灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为,484,。,一、热电阻,1.,测温原理,特点：测量精度高；,有较大的测量范围；,200,500,易于使用在自动测量和远距离测量中,金属导体的电阻值随温度变化而变化,2,、工业常用热电阻,用于制造热电阻的材料应具有,尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率,;,R-t,关系最好成线性,;,物理化学性能稳定,复现性好等。,目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。其他有镍、铁。,(1),铂电阻,(WZP),热电特性,精度高、稳定性好、性能可靠,所以得到了广泛应用。按,IEC,标准,铂热电阻的使用温度范围为,-200+850,。,铂电阻的特性方程为,在,-2000,的温度范围内,:,在,0850,的温度范围内,:,式中,R,t,和,R,0,分别为,t,和,0,时铂电阻值,; A,、,B,和,C,为常数。,热电阻在温度,t,时的电阻值与,R,0,有关。目前我国规定工业用铂热电阻有,两种,R,0,分度号,10,Pt10,100,Pt100,其中以,Pt100,为常用。铂电阻不同分度号亦有相应分度表,即,Rt-t,的关系表,这样在实际测量中,只要测得热电阻的阻值,Rt,便可从分度表上查出对应的温度值。,(2),铜电阻,:,由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度要求,不高且温度较低的场合,可采用铜电阻进行测温,它的测量范围为,-50+150,。,铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的,可近似地表示为,:,-,为铜热电阻的电阻温度系数,取,=4.2510,-3,/,。,铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。,电阻体大,铜电阻有两种,R0,分度号,50,Cu50,100,Cu100,普通型铂热电阻,热电阻的结构形式：,普通型、铠装型、专用型,固定螺纹式热电,阻,活动法兰式热电,阻,固定螺纹,锥,式热电,阻,薄膜型,防水式铠装热电阻,圆接插式,铠装热电阻,防喷式铠装热电阻,端面热电阻,适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。,防腐,热电阻,采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯,F46,，,适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。,端面热电阻,防腐热电阻,微型热电偶,/,热电阻,适用于狭小场所的温度测量与控制。是纺织、绦纶等行业业不可缺少的温度测量装置。,炉壁热电偶,/,热电阻,适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表面测量。,微型热电偶,/,热电阻,特殊热电偶,/,热电阻,炉壁,热电偶,/,热电阻,图,3.13,小型铂热电阻,防爆型铂热电阻,汽车用水温传感器及水温表,铜热,电阻,1.XCZ-102,型动圈式仪表,与热电阻配套使用,接线图（图,4-4,）,直流电源,动圈仪表,不平衡电桥,二、仪表,1.XCZ-102,型动圈式仪表,(1),、电桥,（图,4-5,）,t=t,0,时：桥平衡,(2),、三线制接法,t,Rt,电桥不平衡,Ucd,I,规定,:,外接电阻,3*5,热电阻引线方式有两线制、 三线制和四线制三种,;,二线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度不高场合。,三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。,四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。,二、电子自动平衡电桥,（,1,）平衡电桥测温原理,利用平衡电桥来测量热电阻变化。,图,4-6,平衡电桥,当被测温度为下限时，,R,t,有最小值,R,t0,，滑动触点应在,R,P,的左端，此时电桥的平衡条件是,（,4-3,）,滑动触点,B,的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。,结论,当被测温度升高后的平衡条件是,（,4-4,）,用式（,6-4,）减式（,6-3,），则得,（,4-5,）,（,1,）平衡电桥测温,原理,（,2,）自动电子平衡电桥,图,4-8,电子平衡电桥原理方框图,为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻（,2.5,欧）。,图,4-6,自动平衡电桥工作原理,热电阻,Rt,采用三线制接法，规定导线电阻是,2.5,。,R,P,为滑线电阻，,R,P,与,R,B,并联后的电阻值为,90,，,R5,为量程电阻，,R6,为调整仪表起始刻度的电阻。当测量温度在量程起点时调整,R6,，,使滑动触点移到滑线电阻最左端；当测量温度在量程终点时调整,R5,，,使滑动触点移到滑线电阻最右端。,R4,为限流电阻，它决定了上支路电流的,I,1,大小。,两个系统比较,项目,热电偶系统,热电阻系统,输入信号,电动势,电阻,电桥输出,E,0,冷端温度补偿,有,无,接线方式,双补偿线，桥路输出回路中,三线，桥臂,电源,直流,直流或交流,三、,半导体,热敏电阻,(,介绍,),热敏电阻有负温度系数（,NTC,）,和正温度系数（,PTC,）,之分。,NTC,又可分为两大类：,第一类用于测量温度，它的电阻值与温度之间呈严格的负指数关系；,第二类为突变型（,CTR,）。,当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降 。,特点：,结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。,缺点：,非线性严重、互换性差、测温范围窄,下图所示的五根曲线分别为哪一种热敏电阻？,1,2,3,4,5,热敏电阻外形,MF12,型,NTC,热敏电阻,聚脂塑料封装,热敏电阻,其他形式的热敏电阻,玻璃封装,NTC,热敏电阻,MF58,型热敏电阻,其他形式的热敏电阻,带安装孔的热敏电阻,大功率,PTC,热敏电阻,其他形式的热敏电阻,贴片,式,NTC,热敏电阻,其他形式的热敏电阻,（续）,MF58,型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻,MF5A-3,型热敏电阻,（,参考深圳科蓬达电子有限公司资料）,温度补偿,对一些仪表的重要元器件进行温度补偿。,被补偿元器件具有正的温度系数。,热敏电阻具有负的温度系数。,R,2,R,1,被,补偿元件,热敏电阻的应用,Rt,家电控温,温度过高，,R,T,减小，,T,截止，,K,失电，,K,1,断开。,负载失电。,若,R,T,为正温度系数，,R,W,与,R,T,对调即可。,K,D,10K,9013,R,T,K1,220V,R,W,热敏电阻用于,电热水器,的温度控制,热敏电阻体温表,四、集成温度传感器（介绍）,集成温度传感器（温度,IC,）,将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。,集成温度传感器的测温原理,PN,结的 温度特性,二极管的正向电压降,U,D,以,-2mV/,变化,数显仪表,将测量结果直接以数字形式显示,，读数方便，不会产生视差。,数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。,数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，,输出统一标准的电流信号（,0-10mA,直流电流或,4-20mA,直流电流）和报警信号。,仪表具有非线性校正及开方运算电路，,配接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了外线电阻的补偿,，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。,4.5,数字式显示仪表,概述,分类,(1),按功能：,显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型,(2),按输入信号形式：,电压型、频率型,(3),按输入信号的点数：,单点和多点,主要技术指标,(1),显示方式：,数码管显示、,LCD,液晶点阵,(2),分辨率：,仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。,(3),精度等级：,0.2,级或,0.5,级,(4),输入阻抗：,仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在,10M,以上。,另外，还有采样速率、干扰抑制系数等,一、,基本组成,数显仪表的组成框图,检测变送,非线性补偿,热电偶、热电阻的温度和输出电压关系存在非线性,连续信号离散化、脉冲信号计数,模数转换：电压数字量,标度变换,数字量和物理量建立关系,二、模,-,数转换,非电量电压数字（,A/D,）,(V-D,转换,),例,:,双积分型,A/D,转换,将被测电压变换成与其成比例的时间间隔,三、电子计数器,时间间隔测量,闸门：与门,N=,f,A,*T,B,脉冲计数,四、标度变换,数字模拟混合记录仪,将,数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结合，取长补短。框图见下图：,当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高,4.6,新型显示仪表,概述,显示仪表的发展动态,无纸记录仪,特点：,以,CPU,为核心，控制数据的采集、显示、打印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价格并不高。,虚拟显示仪表,特点：,利用计算机来完成显示仪表所有的工作。在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表，如仪表面盘、操作盘、接线端子等。用户通过计算机键盘、鼠标或触摸屏进行操作。,XMZ,系列智能数字显示仪表,特点,：,1,、带冷端温度,自动补偿,；,2,、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部参数可,按键设定,；,3,、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行,校准,；,4,、具有超量程指示、断线指示等,故障自诊断,功能；,5,、采用,开关电源,，电压适应范围宽，仪表体积小、重量轻。,6,、,220VAC,或,24VDC,供电电源,。,XMZ,系列智能数字显示仪表外形,XMT,系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点,带冷端温度自动补偿；,具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；,双屏显示、副屏显示内容可设定；,最多可带,4,路报警控制继电器输出；,每个报警控制点的回差可设定；,每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设定。,其他与热电偶的配套的仪表,数字式温度 显示调节仪,六、电动温度计的二次仪表,功能：,对信号进行放大和转换；,信号的线性化。,组成部分：,输入电桥；,放大器；,反馈电路；,电源电路。,热电偶或热电阻,输入电桥,放大电路,反馈电路,电源电路,被测,温度,七、测温元件的安装注意事项,确保测温元件与被测材料有充分的接触；,保持接线盒清洁干燥；,防止热量散失；,使用规定的补偿导线，并确保正确接线；,一次仪表与二次仪表间的信号线尽量不要有接头；,信号线尽量单独穿管敷设。,